浅谈基于有限元的复合材料强度设计方法.doc

文档介绍：浅谈基于有限元的复合材料强度设计方法引言复合材料是由两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备的多相材料, 各种材料在性能上互相取长补短, 产生协同效应, 使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料与金属材料在组织结构方面具有较大的差异, 因此在对复合材料构件进行有限元分析时需充分考虑这一特性, 在材料特性、网格划分、算法选择和结果处理等方面针对复合材料的特点选择合理的分析方法。 1 复合材料构件的材料特性设置复合材料的材料特性与金属材料相比主要有两点区别:一是受加强纤维方向影响形成了各向异性的材料性能特性; 二是由于复合材料分层铺敷形成了不同层之间材料特性在量值和方向上的不同。目前在国际通用的有限元分析软件中基本都设置了专门的复合材料单元, 对复合材料单元的实常数进行设置, 分层注明加强纤维方向和材料性能指标,便可有效的模拟复合材料的真实材料性能。 2 复合材料构件的网格划分方法目前复合材料较多用于板类结构,通过分层铺敷形成一定的材料厚度, 其加强纤维在型面内分布, 这就造成了复合材料的刚度在型面法向上较其他方向小很多, 因此在网格划分方面一般取其型面中面创建壳单元, 载荷在型面法向施加, 以较好的模拟复合材料的特殊刚度特点。 3 复合材料有限元算法选择复合材料由于刚度、材料方向性等特点,在有限元计算时需选择考虑材料几何非线性和材料非线性的算法。在有限元软件中可由求解器设置开启非线性功能, 通过边界条件的优化设置, 逐步实现有限元求解的迭代收敛。虽然这会使求解规模相对变大, 但会大大提高计算精度,真实模拟复合材料在受载时的动态响应。 4 复合材料有限元分析的结果处理在复合材料的有限元计算结果分析方面,目前尚无统一的标准。综合来看,强度校核主要考虑屈服- 破坏准则、最大应变准则及结构稳定性准则。在对复合材料构件进行有限元计算和分析时尽量综合考虑上述准则,以提高构件强度设计的可靠性。 5 结论通过上述分析,可以看出复合材料构件的有限元分析与传统金属材料相比有许多区别, 在进行复合材料构件的结构强度设计时应充分考虑复合材料的特点,做到有的放矢,提高设计质量。